JPS61132098A

JPS61132098A - ステツピングモ−タの駆動回路

Info

Publication number: JPS61132098A
Application number: JP59253070A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Takaishi; 高石　和昭
Original assignee: Tokyo Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 1984-11-30
Filing date: 1984-11-30
Publication date: 1986-06-19
Also published as: EP0183260A3; EP0183260A2; DE3585403D1; US4673856A; EP0183260B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ステッピングモータの駆動回路に係わり、特
に励磁相切換信号に同期して各励磁コイルに流れる電流
をほぼ一定値に制御する定電流制御回路を設けたステッ
ピングモータの駆動回路に関する。

［従来の技術］一般に外部制御部から入力された励磁相切換信号（ステ
ップパルス信号）によって回転駆動されるステッピング
モータの駆動回路においては、ステッピングモータの各
励磁相を構成する各励磁コイルの各励ｒａｉｉｔ圧供給
路に前記励磁相切換信号にて開閉制御されるトランジス
タ等のスイッチング素子が介挿されており、励磁相切換
信号が切換わると該当の励磁コイルに電源から励磁電流
が流れる。しかし、励磁コイルにはインダクタンスおよ
び内部抵抗が存在するために、電流値はスイッチング素
子としてのトランジスタが導通しても直ちに規定値にな
らずに、インダクタンスおよび抵抗値の時定数で定まる
特性曲線を描いて上昇する。

一般に、ステッピングモータを高速回転させるためには
、＃Ｕ述の励磁相切換時における各励磁コイルに流れる
電流の立上がり特性を改善する必要がある。そこで、こ
の電流の立上がり特性を改善して、トランジスタが導通
して励磁コイルに電圧が印加されている期間中はぼ一定
の電流が流れるように制御する定電流制御回路を電源と
各励磁コイル間に介挿したステッピングモータの駆動回
路が提案されている。

たとえば、上記の定電流制御回路のなかには、電流増幅
用トランジスタを用いて導通開始時に多くの電流を流し
、一定時間経過後は逆に電流を抑制するようにしたもの
もがある。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、上記した定電流制御回路を備えたステッ
ピングモータの駆動回路においてもまだ解決しなければ
ならない次のような問題があった。

すなわち、上記の定電流制御回路においては、電流増幅
用トランジスタは電流立上がり開始時刻から一定時間経
過後は逆に電流値を抑制する必要があるので、コレクタ
損失による発熱が増大する。

したがって、長時間の稼働に対する放熱を考慮して素子
の配置、放熱機構を設計する必要がある。

また、発熱により素子の寿命が短くなる懸念もある。

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり
、その目的とするところは、簡単な回路構成でもって、
各励磁コイルの電流の立上がり特性を改善でき、かつ電
流制御用素子の発熱を抑制でき、ステッピングモータの
ｉ能面上と回路構成部材の長寿命化とを図ることができ
るステッピングモータの駆動回路を提供するこにある。

［問題点を解決するための手段１本発明のステッピングモータの駆動回路は、各励磁コイ
ルに流れる励磁電流を各励磁コイルに対する通電開始時
刻から規定電流値に達する時刻まで流し続け、その後は
断続して流すように制御する定電流制御回路を、一端が
□電源に電流検出用のルの共通端子に接続された電流制
御用の第１のトランジスタと、一端が電源に接続され、
他端が第１のトランジスタのベースに接続され、ベース
が第１の抵抗と第１のトランジスタとの接続点に電流制
限用の第２の抵゛抗を介して接続された第２のトランジ
スタと、第１のトランジスタのベースと接地間に介挿さ
れた第３の抵抗と、第１のトランジスタの共通端子側端
と接地間に介挿されたフライホイールダイオードと、第
１のトランジスタの共通端子側端と第２のトランジスタ
のベース間に接続された帰還回路とで構成したものであ
る。

［作用］　　　　　　′ このように構成されたステッピングモータの駆動回路で
あれば、各励磁コイルに対する通電が開始されると、第
１の抵抗および第１のトランジスタを介して励磁コイル
に電流が流れ始める。そして、第１の抵抗に流れる電流
が規定値に達すると第２のトランジスタが導通して第１
のトランジスタを遮断する。次に帰還回路の時定数で定
まる時間経過後に第２のトランジスタが遮断し第１のト
ランジスタが導通する。第１のトランジスタが導通する
と前記帰還回路の時定数で定まる時間経過後に第２のト
ランジスタが導通し第１のトラン９　　　゛スタが遮断
する。したがって、各励磁コイルに流れる励磁電流は客
励磁コイルに対する通電開始時刻から規定電流値に達す
る時刻まで流れ続け、その後は前記帰還回路の時定数で
定まる一定周期でもって断続して流れる。

［実施例コ以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第２図は実施例の駆動回路を組込んだステッピングモー
タを概略的に示すもので、永久磁石で形成された回転子
１の周囲に４個の励磁コイル２ａ。

２ｂ、２ｃ、２ｄが９０°間隔で配置されている。

各励磁コイル２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの各一端はそれぞ
れ端子Ａ、Ｂ、Ａ、Ｂに接続され、各他端は共通端子Ｃ
ＯＭに接続されている。

第３図は駆動回路全体を示す回路図であり、図中３は各
励磁コイル２’ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに例えば＋１２Ｖ
直流の励磁電圧を供給する電源端子である。この電源端
子３に定電流制御回路４を介して前記各励磁コイル２ａ
、　２ｂ、２ｃ、　２ｄの共通端子ＣＯＭが接続されて
いる。各励磁コイル２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの他方の各
、端子Ａ、Ｂ。

Ａ、Ｂはそれぞれ図示極性の保護用ダイオード５ａ、５
ｂ、５ｃ、５ｄおよびスイッチング素子としてのｎｐｎ
型のトランジスタ６ａ、６ｂ、６ｃ。

６ｄを介して接地されている。各トランジスタ６ａ、６
ｂ、６ｃ、６ｄの各ベースには外部の制御部７の各出力
端子Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄから送出されるステップパルス信号
（励磁相切換信号＞ａ、ｂ。

ｃ、ｄが入力される。

また、各励磁コイル２ａ、２ｂ、２Ｇ、２ｄｆ７）各端
子Ａ、Ｂ、Ａ、Ｂはそれぞれフライホイールダイオード
８ａ、ｓｂ、ｓｃ、８ｄｔ’ｊＪ：ｆｆサージ電圧吸収
用のツェナーダイオード９を介して電源端子３に接続さ
れている。

前記定電流制御回路４は例えば第１図に示すように構成
されている。すなわち、前記電源端子３に電流検出用の
第１の抵抗１０を介して電流制卸用のｐｎｐ型の第１の
トランジスタ１１のエミッタが接続されており、この第
１のトランジスタ１１のコレクタは各励磁コイル２ａ、
２ｂ、２ｃ。

２ｄの共通端子ＣＯＭに接続されている。また、電源端
子３には第１のトランジスタ１１を導通制御するｐｎｐ
型の第２のトランジスタ１２のエミッタが接続され、こ
の第２のトラ、ンジスタ１２のコレクタは第１のトラン
ジスタ１１のベースに接続されている。また、第２のト
ランジスタ１２のベースは電流制限用の第２の抵抗１３
を介して第１のトランジスタ１１のエミッタに接続され
ている。また、第２のトランジスタ１２のコレクタは第
１のトランジスタ１１のベースに接続されるとともに第
３の抵抗１４を介して接、地されている。

第２のトランジスタ１２のベースと第１のトランジスタ
のコレクタ間には抵抗１５とコンデンサ１６との直列回
路からなる帰還回路が接続されている。また、第１のト
ランジスタ１１のコレクタと接地間には図示極性のフラ
イホイールダイオード１７が介挿され、同じく第１の上
ランジスタ１１のコレクタと電源端子３間には図示極性
のダイオード１８が介挿されている。

なお、フライホイールダイオード１７は第１のトランジ
スタ１１が導通しているときに各励磁コイル２ａ、２ｂ
、２Ｇ、２ｄに蓄積された磁石エネルギを第１のトラン
ジスタ１１が遮断している間に放出するための放出路を
得るためのダイオードである。また、ダイオード１８は
第１のトランジスタ１１に逆電圧が印加されるのを防止
するための保護用ダイオードである。

このように構成されたステッピングモータの駆動回路の
動作説明を第４図のタイムチャートを用いて説明する。

通常、ステッピングモータを回転させるためには制御部
７の各出力端子Ａ、Ｂ、Ｃ。

Ｄから同一周期（パルス幅Ｔｏ　）を有したステップパ
ルス信号ａ、ｂ、、ｃ、ｄを１／４周期ずつ位相をずら
せて出力する。このようなステップパルス信号において
、時刻ｔＯにてＡ相のステップパルス信号ａがＬレベル
からＨレベルへ変化すると、スイッチング素子としての
トランジスタ６ａが導通する。

第１因の定電流制御回路４において、励磁コイル２ａの
トランジスタ６ａが導通した時刻ｔｏ時点においては、
まだ励磁コイル２ａに励磁電流は流れていないので電流
検出用の第１の抵抗１０による電圧降下は小さく、第２
のトランジスタ１２のベース電位が高く、第２のトラン
ジスタ１２は遮断状態である。したがって、第１のトラ
ンジスタ１１は導通状態である。時刻ｔｌ）にてトラン
ジスタ６ａが導通すると、電源端子３から第１の抵抗１
０．第１のトランジスタ１１．共通端子ＣＯＭを介して
Ａ相の励磁コイル２ａに励磁電流が流れ始める。この励
磁電流の値は前述したように、励磁コイル２ａのインダ
クタンスおよび内部抵抗と第１の抵抗１０の時定数で定
まる特性曲線を描いて上昇する。また、励磁電流が流れ
ると帰還回路のコンデンサ１６も充電される。そして、
時刻ｔ１にて第１の抵抗１０を流れる励磁コイル２ａの
励磁電流値が規定電流値まで上昇して、この第１の抵抗
１０による電源端子３からの電圧降下値が第２のトラン
ジスタ１２のベースエミッタ間における導通電圧より大
きくなると、第２のトランジスタ１２は導通する。

励磁電流の値が時刻ｔ！にて上記規定電流値に達して、
第２のトラン、ジスタ１２が導通すると、ベースに第２
のトランジスタ１２のコレクタが接続された第１のトラ
ンジスタ１１が遮断する。第１のトランジスタ１１が遮
断すると励磁コイル２ａへの励磁電流の供給が停止され
る。

第１のトランジスタ１１が遮断されると、帰還回路のコ
ンデンサ１６に充電された電荷が第２のトランジスタ１
２のベースへ放電する。その結果第２のトランジスタ１
２は導通状態を維持する。

そして、抵抗１５とコンデンサ１６の直列回路の時定数
で定まる時間Ｔ１経過後の時刻ｔ２にてコンデンサ１６
の放電が終了し、第２のトランジスタ１２のベース電位
が電源電圧に達すると、第２のトランジスタ１２は遮断
する。すると、第１のトランジスタ１１は再び導通する
。

第１のトランジスタ１１が導通した瞬間から帰還回路の
コンデンサ１６は再び充電を開始する。

そして、充電電圧が電源電圧に達した瞬間に第２のトラ
ンジスタ１２が導通し、第１のトランジスタ１１が遮断
する。

第１のトランジスタ１１が遮断されると、コンデンサ１
６が放電し、第２のトランジスタ１２が導通する。そし
て、上記時定数で定まる時間Ｔ１経過後に第２のトラン
ジスタ１２が遮断し、第１のトランジスタ１１が導通す
る。このように励磁コイル２ａに流れるｗＪｌｉｔ！電
流が規定電流値に達した以降、第１のトランジスタ１１
は図示するように帰還回路の抵抗１５およびコンデンサ
１６の時定数で定まる一定周期Ｔ１でもって導通・遮断
を繰返す。

そして、時刻ｔ３にてＢ相のステップパルス信号すが立
上がりトランジスタ６ｂが導通すると共に、Ｄ相のステ
ップパルス信号ｄが立下がりトランジスタ６ｄが遮断す
ると、励−コイル２ｄの励磁電流が遮断され、励磁コイ
ル２ｂの励磁電流が新たに流れ始める。励磁コイル２ｂ
の励磁電流は゛インダクタンスのために前述したＡ相の
場合と同様に徐々に立上がるので、流れ始めにおいて電
流検出用の第１の抵抗１０の電流値は低下する。そして
、電流値が規定電流値に達した後筒１のトランジスタ１
１は導通・遮断を繰□返す。

このように、励磁相切換信号が切換わり新たな励磁コイ
ルに励磁電流が流れ始める度に、・この励磁電流の流れ
始め時刻から予め定められた規定電流値に達する時刻ま
では励磁電流が継続して流れ、上記規定電流に達した後
次の励磁相切換信号が切換ねるまでの間上記励磁電流は
一定周期で断続を繰返す。したがって、規定電流に達し
た後における平均電流値は低減されるので、規定電流値
に達した後の電流制御□用の第１のトランジスタ１１の
発熱を抑制することができる。その結果、回路設計にあ
たっても、長時間の稼働に対して特に電子部品素子の発
熱、劣□化を考慮する必要ない。また、発熱が少ないの
で、回路構成部材の長寿命化を図ることが可能である。

また、規定電流値に達した後の励磁電流を抵抗１５とコ
ンデンサ１６′とからなる帰還回路の時定数を利用して
チョッパ動作を行なわせているので、定電流制御回路４
自体を簡単な回路構成で実現でき、ステッピングモータ
の駆動回路全体の製造費を低減できる。

第５図は本発明の他の実施例に係わるステッピングモー
タの駆動回路における定電流制御回路１９を示すもので
あり、第１図の実施例の定電流１１御回路４と同一部分
には同一符号が付しである。

したがって、重複する部分の説明は省略する。

この実施例の定電流制御回路１９においては、各励磁コ
イル２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに流れる励磁電流を制御す
る第１のトランジスタ１１のコレクタと前記各励磁コイ
ル２ａ、２ｂ、２Ｇ、２ｄの共通端子ＣＯＭとの闇に補
助的なチョークコイル２０を挿入している。このように
ステッピングモータ外に別途チョークコイルを設けるこ
とによって、熱を効果的に発散させることが可能である
。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、例えば抵抗とコン
デンサとからなる帰還回路の時定数にて規定電流値に達
した後の励磁電流をチョッピング動作させるという簡単
な回路構成の定電流制御回路を用いている。したがって
、各励磁コイルの電流の立上がり特性を改善でき、かつ
電流制御用素子の発熱を抑制でき、ステッピングモータ
の性能向上と回路構成部材の長寿命化とを図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるステッピングモータ
の駆動回路における定電流制御回路を示す回路図、第２
図は同実施例の駆動回を組込んだステッピングモータの
概略構成図、第３図は同実施例のステッピングモータの
駆動回路全体を示す回路図、第４図は同実施例の動作を
示すタイムチャート、第５図は本発明の他の実施例に係
わるステッピングモータの駆動回路における定電流制御
回路を示す回路図である。１・・・回転子、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ・・・励磁コ
イル、３・・・電源端子、４．１９・・・定電流制御回
路、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ・・・トランジスタ（スイ
ッチング素子）、７・・・制御部、１０・・・第１の抵
抗、１１・・・第１のトランジスタ、１２・・・第２の
トランジスタ、１３・・・第２の抵抗、１４・・・第３
の抵抗、１５・・・抵抗、１６・・・コンデンサ、１７
・・・フライホイールダイオード、２０・・・チョーク
コイル、Ａ。Ｂ、Ａ、Ｂ・・・端子、ＣＯＭ・・・共通端子。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ステッピングモータの各励磁相を構成する複数の
励磁コイルと、これら各励磁コイルへ励磁電圧を印加す
る電源と、前記各励磁コイルの各励磁電圧供給路に介挿
され、外部から入力された励磁相切換信号に同期して前
記各励磁コイルを通電制御する複数のスイッチング素子
と、前記電源と前記各励磁コイル間に介挿され、前記各
励磁コイルに流れる励磁電流を各励磁コイルに対する通
電開始時刻から規定電流値に達する時刻まで流し続け、
その後は断続して流すように制御する定電流制御回路と
を有したステッピングモータの駆動回路において、前記
定電流制御回路は、一端が前記電源に電流検出用の第１
の抵抗を介して接続され、他端が前記各励磁コイルの共
通端子に接続された電流制御用の第１のトランジスタと
、一端が前記電源に接続され、他端が前記第１のトラン
ジスタのベースに接続され、ベースが前記第１の抵抗と
前記第１のトランジスタとの接続点に電流制限用の第２
の抵抗を介して接続された第２のトランジスタと、前記
第１のトランジスタのベースと接地間に介挿された第３
の抵抗と、前記第１のトランジスタの前記各励磁コイル
の共通端子側端と接地間に介挿されたフライホイールダ
イオードと、前記第１のトランジスタの前記共通端子側
端と前記第２のトランジスタのベース間に接続された帰
還回路とを備えたことを特徴とするステッピングモータ
の駆動回路。
（２）前記帰還回路は抵抗とコンデンサとの直列回路で
構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
記載のステッピングモータの駆動回路。